Биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых

Биогеохимические методы основаны на исследовании химического состава живого вещества (растений), наблюдении за его видовым составом и морфологическими особенностями. Они широко используются для выявления уровня загрязнения окружающей среды.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Сущность съемки заключается в опробовании одного или нескольких господствующих видов растений, озоления растительного вещества и спектрального анализа полученной золы. В результате исследований отмечается наличие биогеохимических аномалий в химическом составе растений, произрастающих над месторождениями полезных ископаемых.

Для характеристики геологической роли биогенной миграции микроэлементов Б.Б. Полонов предложил величину отношения между содержаниями элемента в золе растения и в почве, на которой оно произрастает. Этот показатель получил название коэффициента биологического поглощения и обозначается Ах:

А = с2/сх, (п.1)

где С2 — содержание элемента в золе растения, %; С, — содержание этого элемента в почве.

Биогеохимические методы включают следующие виды съемок:

• • микробиологическую (бактериальную) съемку,
• • экстрагирование бактерий из исследуемых грунтов или водной среды (А.А. Оборин, 1977). Установлено, что в составе сорбированных грунтами УВГ наиболее информативными являются гомологи метана, концентрации которого увеличиваются с глубиной. Микробиологический анализ позволяет установить наличие в грунтах бактерий, окисляющих метан, пропан, бутан и пентан. Средняя интенсивность развития метанокисляющих бактерий на контуре залежи составляет 14,7 уел. ед., за контуром — 38,8 уел. ед., при фоновом значении — 26,7 уел. ед; пропанокисляющих бактерий — 15,3, 17,7, и 9,62 уел. ед. соответственно (Южно-Киенгопское месторождение, Удмуртия);
• • геоботаническую съемку по листве и хвое деревьев и кустарников;
• • биогеохимическую съемку по растительному покрову по видам растений, наиболее распространенным в данной климатической зоне;
• • грунтовую и водную газобиогеохимические съемки;
• • газобиогеохимические съемки по снежному покрову. Сорбционные свойства снежного покрова ограничены временем существования самого покрова. Снежные массы в момент оседания проходят наиболее загрязненный слой атмосферы и еще до выпадения на поверхность земли сорбируют УВ. Концентрации диффундирующих с глубины УВ крайне низкие, зато уровень загрязнения атмосферы на отдельных территориях соизмерим или превышает уровень природного шлейфа УВ.

С помощью биогеохимических методов решают широкий спектр задач: установление закономерностей распределения элементов-индикаторов по частям растений; выявление связи между металлами в растениях; выявление комплекса элементов-индикаторов, установление особенностей биогеохимических аномалий и другие [5, 34, 45, 53].

Сеть пробоотбора при проведении биогеохимических исследований, ориентировка профилей и последовательность работ должны соответствовать требованиям, предъявляемым к производству литохимических поисков по вторичным ореолам. Один вид растений должен опробоваться не менее чем на пяти точках по профилю, в пробу лучше брать одну и ту же надземную часть растения.

При отборе проб необходимо уделять внимание ботаническим признакам, указывающим на возможное нахождение месторождений полезных ископаемых: физиологические и морфологические изменения растений; появление локальных и универсальных растений-индикаторов; смена растительных ассоциаций, существенные отклонения в форме развития растений и др.

Отобранные биогеохимические пробы в полевых условиях сушатся и измельчаются, в лаборатории подвергаются озолению и прокаливанию в специальных печах, а затем полученную золу подвергают спектральному анализу.

В процессе математической обработки для каждого вида растений устанавливаются аномальные содержания элементов в золе, составляется сводная карта аномалий с выделением на ней отдельных «отрицательных» и «положительных» аномалий.

На таких аномалиях обязательно проведение проверочной глубинной или поверхностной (в зависимости от мощности перекрывающих отложений) литохимической съемки по рыхлым отложениям, геохимические и геофизические исследования.

Применение биогеохимического метода поисков возможно: в гумидной зоне при замедленной денудации; в умеренно влажной зоне, если вторичные литохимические ореолы перекрыты отложениями мощностью 40—80 м; в пустыне и полупустыне; на заболоченной равнине и торфяниках при неглубоком (2—10 м) залегании потенциально рудовмещающих коренных пород; на участках, покрытых сплошным моховым и растительным покровом, где отбор проб затруднен и связан с большими затратами.

В результате миграции углеводородных и других газов к дневной поверхности происходит перераспределение концентраций различных элементов в системе подземные воды — породы — почва — растение на путях миграции, что отражается в приповерхностной зоне в растениях, являющихся индикаторами геохимических особенностей среды. Строят профиль распределения элементов почвеннорастительного покрова, а затем данные сопоставляют. Результаты исследований на площадях Западной Сибири показали, что над продуктивными структурами отмечаются повышенные концентрации отдельных элементов (Ва, Со, В, N1, 8г, Ъъ, Тл) (геохимические аномалии) по сравнению с фоновыми (Л.Г. Комогорова и др.).

Обработка материалов биогеохимических исследований древесных растений березы, ивы и кедра, проведенных на Варьеганском месторождении, позволили выявить некоторые тенденции в распределении элементов. Выделяется ряд элементов (В, Ва, Р, РЬ, Мп, Си, Со, N1, 8г, Zn, ТО, дающих аномалии над контуром месторождения по сравнению с фоновым их содержанием.

Так, наибольшие концентрации 12 элементов В, РЬ, Мп, Си, N1, 8г, Zn, Т1, V, Ва, Со, Сг оказались различными на структуре в продуктивной части, в приконтурной зоне и за пределами структуры. Аномальные содержания Ва, Со, 8г, Сг, Zn, N1, В в золе ивы и березы выявлены над продуктивной частью, по золе кедра аномалии выявлены по В, Zn, Т1 и отношениям Мп/Си и Съ/Ы% (табл. 11.1) [5].

Таблица 11.1

Средние содержания элементов (л • 103%) в золе кедра Варьеганского

месторождения Западной Сибири

Окончание тобл. 11.1

Данные биогеохимических исследований почвенно-растительного покрова на нефтегазовых объектах, в частности, аномалии по указанным элементам Мп, Тл, 8г можно использовать в качестве косвенного показателя нефтегазоносности.

Выявленные биогеохимические аномалии можно объяснить следующими причинами: а) восстановительными условиями, возникающими под действием углеводородых потоков от залежи; б) особенностями гидрогеологического режима, связанного с разломной тектоникой; в) ландшафтной дифференциацией; г) антропогенной загрязненностью отдельными элементами.

Условия применения

Сущность биогеохимических методов поисков заключается в использовании в качестве поисковых признаков аномалий, выявляемых в результате опробования биологических объектов биосферы. Практическое значение для биогеохимических поисков в настоящее время имеет изучение геохимических аномалий элементов-индикаторов только в растениях, благодаря стабильному положению этих биообъектов на местности.

Применение биогеохимических методов поисков целесообразно только в таких ландшафтно-геохимических условиях, где этот метод имеет преимущества в сравнении с литохимическими поисками, что должно быть доказано в каждом конкретном районе опытно-методическими работами и расчетом экономической эффективности.

Важным условием применения биогеохимических методов поисков является опробование безбарьерных или практически безбарьерных, как правило, широко распространенных видов растений и их частей. Когда таких видов растений на площади поисков нет, допускается опробование объектов, концентрации элементов-индикаторов в которых превышают их минимально-аномальные значения в 10—30 раз.

Из числа равноценных по информативности биообъектов для опробования выбираются такие, которые обеспечивают большую глубинность выявления оруденения. Это устанавливается с помощью специальных опытно-методических работ по определению глубинной информативности различных видов и частей растений.

В лесных ландшафтах Сибири наиболее информативными на большое число элементов являются корка различных видов березы, опроб- ковевшие шишки сосны с лесного полога и внешние слои коры стволов различных видов лиственницы и кедра сибирского. Нижние части стеблей рододендрона даурского и таволги средней обеспечивают наибольшую глубинность опоискования закрытых территорий на молибден и рекомендуются для детальных поисков районов и участков, перспективных на этот элемент. Часто удовлетворительные результаты дает опробование надземных частей различных видов полыни. Это обеспечивает глубинность опоискования территорий: на полиметаллы, золото, медь, молибден и редкие элементы порядка 10—50 м, а в наиболее благоприятных условиях свыше 100 м. Надземные части практически всех видов травянистых растений неинформативны на фтор, поэтому использование этого элемента в качестве индикатора флю- оритовых, криолитовых и других фторосодержащих месторождений в степных ландшафтах практически невозможно. Как и при литохимических поисках, предпочтение при использовании элементов-индикаторов отдается тем из них, определение которых возможно методами экспрессного спектрального анализа.

Биогеохимические работы при поисках могут быть эффективны только при наличии неглубоких для питания растений минералогически благоприятных руд и их первичных или вторичных ореолов. Месторождения с редкими гнездами труднорастворимых в зоне гипергенеза минералов обычно отчетливыми биогеохимическими ореолами рассеяния не сопровождаются.

Применение биогеохимического метода при поисках может быть целесообразным в следующих районах, выделяемых путем анализа карт районирования территорий по применимости различных геохимических методов:

• • площади развития зон окисления и кор выветривания с полностью выщелоченными с поверхности вторичными литохимическими ореолами рассеяния, характерными для элементов активных водных мигрантов в условиях современных или древних гумидных зон и замедленной денудации;
• • площади неглубоко погребенных вторичных лито- и гидрохимических ореолов рассеяния при наличии покрова аллювиально-пролювиальных, ледниковых и других дальнеприносных отложений ограниченной мощности (2—10 м) в условиях гумидной и умеренно влажной зон, а также на протяженных склонах и в долинах с литохимическими ореолами, погребенными под склоновыми рыхлыми образованиями всех природных зон с растительным покровом;
• • площади погребенных вторичных лито- и гидрохимических ореолов рассеяния при наличии покрова дальнеприносных, в том числе песчаных отложений эолового и древнеаллювиального происхождения умеренной мощности (до 30 м, иногда до 50—80 м), в условиях сосновых боров южной тайги, сухих степей, пустынь и полупустынь аридной зоны при наличии растений с глубоко проникающими корневыми системами;
• • заболоченные территории при неглубоком (2—10 м) залегании рудовмещающих горных пород, руд и их вторичных литохимических ореолов рассеяния, в том числе при наличии многолетней мерзлоты;
• • площади развития крупноглыбовых курумовых осыпей;
• • площади развития растительного покрова, для которого доказано, что литохимические поиски требуют отбора проб на глубинах 1—5 м и более.

Кроме того, биогеохимическое опробование может быть эффективным в зимний период. Так, при промерзании болот их проходимость повышается, что облегчает проведение поисков.

Применение биогеохимических методов обычно нецелесообразно:

• • в горных, активно денудируемых районах любых климатических зон, а также в других районах, для которых характерны выходящие на поверхность первичные и вторичные литохимические ореолы;
• • в районах, где месторождения полезных ископаемых и их закрытые лито-, гидро- и атмохимические ореолы рассеяния залегают на большой глубине, заведомо превышающей возможность их обнаружения по биогеохимическим ореолам рассеяния;
• • на площадях, лишенных растительного покрова или видов растений, обеспечивающих проведение информативного биогеохимиче- ского опробования;
• • при поисках руд, элементы-индикаторы которых входят в состав труднорастворимых крупных кристаллов, зерен или плотных агрегатов и недоступны корням растений.

Биогеохимический метод может применяться в комплексе с другими методами или самостоятельно на стадии региональных геолого-съемочных и геофизических работ и на стадии поисков месторождений полезных ископаемых. Конкретные площади проведения биогеохимических работ определяются на основании районирования территории поисков по условиям применения геохимических методов.

На подстадии региональных геолого-геофизических работ масштаба 1 : 200 000 могут быть осуществлены только опытно-методические био- геохимические исследования.

На под стадии региональной геологической съемки масштаба 1 : 200 000 с составлением региональных прогнозных карт биогеохимический метод должен применяться только на тех площадях, где доказано его преимущество в сравнении с литохимическими.

При проведении геологической съемки масштаба 1 : 50 000 (1 : 25 000) с составлением крупномасштабных карт биогеохимическое опробование может осуществляться в комплексе с литохимическим.

На подстадии глубинного геологического картирования с прогнозированием полезных ископаемых биогеохимическое опробование может быть полезным главным образом при определении мест заложения буровых скважин и должно быть завершено до составления проекта буровых работ.

На стадии поисков месторождений полезных ископаемых площадное биогеохимическое опробование, как правило, должно проводиться только на подстадии общих поисков с выделением перспективных площадей и заключаться главным образом в детализации выявленных на предыдущей стадии биогеохимических аномалий. Однако если био- геохимические работы на предыдущей стадии не проводились и имеются площади, где их проведение целесообразно, то следует провести биогеохимическое опробование масштаба 1 : 50 000 до начала или в начале осуществления других поисковых работ данной подстадии.

На подстадиях детальных поисков и поисково-оценочных работ площадное биогеохимическое опробование проводится для детализации аномалий, установленных в процессе работ предшествующих подстадий обычно с целью выявления скрытого на глубине оруденения.

При отсутствии опробуемых видов растений на точке, соответствующей сети пробоотбора, биогеохимические пробы могут отбираться на небольшом удалении от точки (не более шага опробования). Пункт биогеохимического опробования представляет собой площадку постоянного размера с радиусом, не превышающим трети расстояния между точками сети опробования (в тех случаях, когда биогеохимические пробы составляются из нескольких экземпляров растений одного или нескольких видов).